第1章认识传感器与自动检测系统测.ppt

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1、传感器与自动检测技术传感器与自动检测技术刘丽刘丽 主编主编第第1 1章章 认识传感器与自动检测系统认识传感器与自动检测系统 本本 章章 小小 结结1.2 1.2 认识传感器认识传感器1.1 1.1 认识自动检测系统认识自动检测系统第第1 1章章 认识传感器与自动检测系统认识传感器与自动检测系统1.1 认识自动检测系统认识自动检测系统1.1 1.1 认识自动检测系统认识自动检测系统1.1.1自动检测系统基本概念自动检测系统基本概念 检测是指在各类生产、生活、科研等各个领域为获得被测对象的有关信息而实时或非实时地对一些参量进行定性检查和定量测量。自动检测就是在测量和检查过程中完全不需要或仅需要很少

2、的人工干预而自动进行并完成的。实现自动检测可以提高自动化水平和程度，减少人为干扰因素和人为差错，可以提高生产过程或设备的可靠性及运行效率。1.1.2自动检测系统组成自动检测系统组成 尽管现代检测系统的种类繁多，但它们作用都是用于各种物理或化学成分等参量检测，检测过程通常先通过各种传感器获得被测量的信息，把它变换成电量，然后经信号调理、数据采集、信号处理后显示并输出。传感检测系统的组成框图如图1-1所示。第第1 1章章 认识传感器与自动检测系统认识传感器与自动检测系统 1.1 认识自动检测系统认识自动检测系统图1-1 检测系统组成框图（1）传感器 传感器是把被测的非电量变换成电量的装置.（2）信

3、号调理电路 信号调理电路是传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波和放大等，以方便检测系统后续环节进行处理或显示。（3）数据采集 数据采集是对信号调理后的连续模拟信号进行离散化并转换成与模拟信号电压幅度相对应的一系列数值信息，同时以一定的方式把这些转换数据及时传递给微处理器或依次自动存储。（4）信号处理 信号处理模块通常以单片机、微处理器为核心，或直接采用工业控制计算机，对检测的结果进行处理、运算、分析，对动态测试结果作频谱分析、幅值谱分析、能量谱分析等。（5）信号输出 信号显示是把转换来的信号显示出来，便于人机对话。（6）输入设备 输入设备主要用于输入设置参数、有关命令等。第第1 1章章 认

4、识传感器与自动检测系统认识传感器与自动检测系统1.2 认识传感器1.2.1传感器的组成及其分类 传感器是能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号（一般为的电信号）的器件或装置。1传感器的组成 传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路和辅助电源组成，如图1-2所示。1.2 认识传感器认识传感器图1-2 传感器的基本组成第第1 1章章 认识传感器与自动检测系统认识传感器与自动检测系统2传感器的分类传感器的分类（1）按照被测量（传感器用途）分类）按照被测量（传感器用途）分类 可分为位移传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器、流量传感器、气敏传感器、湿度传感器等。（2）按照传感器

5、工作原理分类）按照传感器工作原理分类 可分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、光纤式传感器、热电式传感器等。（3）按照输出信号的性质分类）按照输出信号的性质分类 可分为数字传感器、模拟式传感器等。1.2 认识传感器认识传感器第第1 1章章 认识传感器与自动检测系统认识传感器与自动检测系统1.2 认识传感器认识传感器（1）线性度 线性度是以一定的拟合直线作基准与校准曲线作比较，用其不一致的最大偏差Lmax与理论输出值Y=ymax-ymin的百分比进行计算，即1.2.2传感器的特性与指标传感器的特性与指标 传感器的特性主要是指传感器的输入与输出之间

6、的关系，有静态特性和动态特性之分。1传感器的静态特性传感器的静态特性 传感器在稳态信号作用下，其输出-输入关系称为传感器的静态特性。图1-3 传感器的实际特性曲线与理想特性曲线第第1 1章章 认识传感器与自动检测系统认识传感器与自动检测系统（2）灵敏度）灵敏度 灵敏度是指传感器输出量的变化量Y与引起此变化的输入量的变化量X之比，用K表示，即 对于线性传感器来说，它的灵敏度K是个常数。1.2 认识传感器认识传感器第第1 1章章 认识传感器与自动检测系统认识传感器与自动检测系统（3）迟滞 迟滞是指在相同的工作条件下，传感器正行程特性曲线和反行程特性曲线的不一致程度，如图1-4所示。迟滞大小一般要由

7、实验方法确定，其值用正反行程输出值间最大偏差Lmax对满量程输出ym的百分比表示：1.2 认识传感器认识传感器图1-4 迟滞特性第第1 1章章 认识传感器与自动检测系统认识传感器与自动检测系统（4）重复性）重复性 重复性是衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标，如图1-5所示。产生不一致的原因与产生迟滞现象的原因相同。多次重复测试的曲线越重合，说明该传感器重复性好，使用时误差越小。1.2 认识传感器认识传感器图1-5 重复性 第第1 1章章 认识传感器与自动检测系统认识传感器与自动检测系统2传感器的动态特性 传感器的动态特性反映了传感器对于随时间变化的

8、动态量的响应特性。（1）时域分析法 当输入信号为阶跃函数时，因为它是时间的函数，故传感器的响应是在时域内发生的，因此称它为阶跃分析法。传感器的阶跃响应曲线如图1-6所示。1.2 认识传感器认识传感器图1-6 传感器的阶跃响应曲线 上升时间tr：指输出值上升到稳态值的90%所需的时间。响应时间ts：指输出值进入稳定值所规定的范围内所需的时间。峰值时间tp：指输出值到达最大值使所需的时间。超调量：指输出量最大值y（tp）与稳态值的最大偏差与稳态值之比。第第1 1章章 认识传感器与自动检测系统认识传感器与自动检测系统（2）频率响应法）频率响应法 当输入信号为正弦函数时，因为它是频率的函数，故传感器的

9、响应是在频域内发生的，因此称它频率响应法。频率响应特性是指将频率不同而幅值相等的正弦信号输入传感器，输出正弦信号的幅值、相位与频率之间的关系。常用的评定指标有：通频带BW、时间常数、固有频率0。通频带BW 是指传感器的增益保持在一定值之内的频率范围，对应有上、下截止频率。时间常数 用来表征一阶传感器的动态特性，越小，频带越宽。固有频率0 用来表征二阶传感器的动态特性，0越大，快速性越好。1.2 认识传感器认识传感器第第1 1章章 认识传感器与自动检测系统认识传感器与自动检测系统 小结小结传感器是能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号（一般为的电信号）的器件或装置。传感器一般由敏感元件，转换元件，基本转换电路和辅助电源组成。传感器的分类方法有:按照工作原理分类，按照传感器用途分类，按照输出信号的性质分类。传感器的静态特性是指当传感器的输入信号为稳态信号时输出与输入的关系。主要性能指标有：线性度、灵敏度、迟滞和重复性。传感器的动态特性是指当传感器的输入信号随时间而变化时输出与输入的关系。主要分析方法有：阶跃分析法和频率分析法。